越來越多的證據表明,circRNAs是潛在的生物標志物,是腫瘤發(fā)生發(fā)展的關鍵調控因子。然而,circRNAs在腎癌中的確切作用尚不清楚。因此,小編在這里介紹了發(fā)表于“molecular cancer”的文章“CircTLK1 promotes the proliferation and metastasis of renal cell carcinoma by sponging miR-136-5p”。
在本研究中,我們通過對RCC細胞株的circRNA高通量測序,將circRNA-TLK1(circTLK1)鑒定為一個新的候選基因。通過qRT-PCR檢測腎細胞癌組織和細胞中mRNA、circRNA和miRNA的表達水平。我們進行了功能缺失實驗來檢測circTLK1在體外和體內RCC細胞表型中的生物學作用。最后采用RNA-FISH、RNA下拉、雙熒光素酶報告、western blot和免疫組化等方法研究了circTLK1功能的分子機制。
結 果:
1.circTLK1在腎癌組織中高表達,其表達與預后不良顯著相關
為了探討circRNA在腎細胞癌中的表達,我們進行RNA測序。結果發(fā)現(xiàn)正常腎上皮細胞和腎細胞癌細胞之間存在7335個circRNA的差異表達,其中上調1919條,下調5416條(圖1a)。circTLK1(hsa_circ_0004442)是所有候選基因中上調幅度最大的一個。因此,我們研究了circTLK1在腎癌細胞和正常腎上皮細胞中的表達。數(shù)據顯示,在ACHN、786-O和769-P細胞中,circTLK1的表達明顯高于在HK2和293T細胞中的表達(圖1b)。CircTLK1不僅在腎癌組織中高表達(圖1c),而且在腎癌術后轉移患者中高表達(圖1d)。此外,與低circTLK1表達相比,腎癌患者高circTLK1表達與較低的總生存率(圖1e)和較低的無病生存率(圖1f)呈負相關,提示circTLK1可能是一種預后腫瘤標志物。circTLK1來源于TLK1的第9外顯子和第10外顯子,形成247nt的循環(huán)轉錄本(圖1g)。進一步的序列分析顯示circTLK1長247nt,包含兩個外顯子。此外,我們發(fā)現(xiàn)TLK1的外顯子發(fā)生了頭到尾剪接(圖1h)。檢測circTLK1的穩(wěn)定性,結果顯示RNase R不能消化circTLK1,但經RNase R處理后TLK1的mRNA表達顯著下降(圖1i)。
2.circTLK1基因敲除抑制腎癌細胞增殖
為了鑒定circTLK1在腎癌中的病理功能,我們合成了一種特異性靶向于circTLK1的shRNA質粒載體,發(fā)現(xiàn)該載體穩(wěn)定抑制三種腎癌細胞系中circTLK1的表達(圖2a)。在shRNAs中,shRNA-2的敲除效率最高。然而,抑制circTLK1并沒有改變TLK1的mRNA(圖2b)和蛋白質(圖2c)的表達。然后我們研究了circTLK1對腎癌細胞增殖的影響。CCK-8檢測顯示circTLK1敲除減慢了RCC細胞的生長(圖2d)。菌落形成分析表明,在circTLK1沉默后,菌落數(shù)量明顯減少(圖2e,f)。
3.circTLK1基因敲除抑制RCC細胞的遷移和侵襲
我們進行transwell實驗,觀察circTLK1對RCC細胞遷移和侵襲的影響。我們的結果表明, circTLK1下調降低了RCC細胞的遷移能力(圖3a-c)。此外,circTLK1敲除抑制RCC細胞侵襲(圖4d)?;赾ircTLK1在腎癌細胞遷移和侵襲中的作用,我們推測circTLK1可能介導腎癌細胞的上皮-間質轉化(EMT)過程。如圖3e所示,間充質標記物N-cadherin和vimentin在circTLK1沉默的細胞中的表達顯著降低,而上皮標記物E-cadherin在circTLK1抑制細胞中的表達增加。
4.circTLK1起到miR-136-5p海綿的作用
為了闡明circTLK1的分子機制,我們進行了FISH和核質分離分析來檢測circTL1K的亞細胞定位。如圖4a,b所示,我們發(fā)現(xiàn)circTLK1主要位于細胞質中,這表明circTLK1可能作為ceRNA來捕獲miRNAs,導致特定的靶向轉錄物的釋放。為了研究這個假設,我們利用circRNA相互作用數(shù)據庫預測circTLK1的潛在靶點,我們選擇了5種可能結合的miRNA,包括miR-136-5p、miR-421、miR-659、miR660-5p和miR-944。然后,進行RNA pull down分析評估circTLK1是否能直接捕獲這些候選miRNAs。當circTLK1過表達時,生物素化的circTLK1探針顯著降低了RCC細胞中的circTLK1(圖4c)。我們的結果顯示miR-136-5p是腎癌細胞中僅有的被生物素化circTLK1探針大量拉下的miRNA(圖4d)。此外,我們構建了野生型(WT)和突變型(Mut)circTLK1熒光素酶報告子,以檢測miR-136-5p在circTLK1活性調節(jié)中的作用。轉染后,我們觀察到miR-136-5p的過表達顯著抑制WT-circTLK1熒光素酶報告活性,但不抑制Mut-circTLK1熒光素酶報告活性(圖4e,f)。然而,circTLK1的過表達或敲除對腎癌細胞miR-136-5p的表達沒有影響(圖4g,h)。此外,miR-136-5p的過表達或敲除并不調節(jié)RCC細胞中circTLK1的表達(圖4i,j)。這些實驗都表明circTLK1作為miR-136-5p的海綿。
5.miR-136-5p通過靶向CBX4促進腎癌進展
為了確定miR-136-5p的潛在基因,我們利用TargetScan、miRDB、Starbase和miRTarBase數(shù)據庫進行了生物信息學分析,選擇CBX4、GNAS、LUZP6、MSL2、MTMR4和SOCS7作為miR136-5p的潛在靶點(圖5a)。進一步的綜合轉錄分析表明miR-136-5p表達與CBX4表達呈負相關(圖5b)。為了研究CBX4是否可能是miR-136-5p的靶點,使用含有miR-136-5p結合序列的CBX4的3'UTR的WT或Mut序列合成熒光素酶報告質粒(圖5c)。熒光素酶報告分析結果表明,miR136-5p模擬物和CBX4-WT質粒的共轉染顯著降低了熒光素酶的活性。然而,miR-136-5p模擬物和CBX4 Mut質粒的共轉染并沒有改變熒光素酶的活性(圖5d)。此外,miR-136-5p的強制表達抑制了C B x 4的mRNA和蛋白表達(5e-g)。接下來,我們檢測了CBX4在腎癌進展中的作用。如圖5h所示,與正常組織相比,RCC組織中CBX4表達上調。我們發(fā)現(xiàn)CBX4的表達與腫瘤大小和術后轉移呈正相關(圖5i,j)。此外,腎細胞癌患者中CBX4的高表達與較低的總生存率相關(圖5k)。
6.CBX4基因敲除抑制RCC細胞增殖、遷移和侵襲
我們研究了CBX4在腎癌細胞表型中的作用。使用shRNA靶向circTLK1,我們有效地抑制了其在ACHN和769-P細胞中的表達(圖6a)。通過CCK-8分析,我們發(fā)現(xiàn)沉默CBX4顯著抑制ACHN和769-P細胞的增殖(圖6b,c)。結腸形成實驗還表明,CBX4的敲除大大削弱了RCC細胞的增殖能力(圖6d,e)。進一步的實驗表明,沉默CBX4顯著抑制ACHN和769-P細胞的遷移和侵襲(圖6f-i)。此外,我們發(fā)現(xiàn)CBX4的mRNA水平與TCGA數(shù)據庫和我們的數(shù)據集(圖6j)中的VEGF mRNA水平正相關。CBX4基因敲除抑制VEGFA的mRNA和蛋白質水平(圖6k)。
7.CBX4過表達逆轉circTLK1抑制細胞增殖和轉移的作用
為了探討circTLK1是否通過調節(jié)CBX4的表達而發(fā)揮其生物學功能,我們進行了挽救實驗。我們發(fā)現(xiàn)敲除circTLK1明顯抑制CBX4的mRNA和蛋白表達(圖7a,b)。CCK-8分析顯示CBX4過表達顯著逆轉了circTLK1抑制誘導的ACHN和769-P細胞生長曲線抑制(圖7c)。菌落形成分析表明,強制表達CBX4逆轉了circTLK1沉默誘導的細胞增殖抑制(圖7d,e)。此外,CBX4上調顯著逆轉了circTLK1沉默誘導的RCC細胞遷移(圖7f-i)和侵襲(圖7j,k)抑制。
8.circTLK1基因敲除抑制RCC細胞在體內的生長和轉移
為探討circTLK1在RCC體內生長和肺轉移中的作用,將轉染shcircTLK1或shNC的穩(wěn)定769-P細胞注入裸鼠體內,建立裸鼠移植瘤和肺轉移模型。在異種移植瘤模型中,來自轉染shcircTLK1的細胞的腫瘤比來自轉染shNC的細胞的腫瘤?。▓D8a)。circTLK1基因敲除顯著抑制腫瘤體積和重量(圖8b-c)。此外,敲除circTLK1抑制CBX4和VEGFA在體內的mRNA表達(圖8d)。IHC分析表明,circTLK1的表達降低抑制了Ki67、CBX4和VEGFA的表達(圖8e)。在裸鼠肺轉移模型中,抑制circTLK1導致肺轉移顯著減少(圖8f-g)。此外,HE染色顯示shcircTLK1組的肺腫瘤灶比shNC組少(圖8h)。異種移植瘤模型顯示CBX4的過表達逆轉了circTLK1的沉默導致的細胞生長抑制(圖8i-k)。總之,circTLK1通過海綿化miR513a-5p調節(jié)CBX4的表達促進腎癌的生長和轉移(圖8l)。
結 論:
circTLK1通過吸收miR-136-5p來增加CBX4的表達,在RCC進程中發(fā)揮關鍵作用。circTLK1可能作為RCC的診斷生物標志物和治療靶點。